【山西大同氢能高峰论坛】孙公权：直接甲醇燃料电池进展（演讲原稿）
2018年12月9日，大同举办了“2018“氢都”大同氢能产业发展高峰论坛”，参见此次论坛的专家级别较高，全部来自中国氢能、燃料电池标准技术委员会，企业代表均为氢能及燃料电池行业的头部企业，大同论坛代表了中国中国氢能、燃料电池的最高水平。甲醇产业链代表大连化物所的孙公权发表了主题为《直接甲醇燃料电池进展》的报告，以下为根据会场录音整理。
各位专家领导主任大家好：
我叫孙公权，来自中科院大连化学物理研究所，首先感谢这个平台，尤其要感谢的在座各位，在午饭时间，可能有的朋友还没有离开，谢谢大家，我尽量快一点，今天报道的题目就是甲醇燃料电池研究开发，那么通常来讲呢从产业角度来看主要是4个问题。第一个是谁，第二个干了一件什么事，第三个怎么干的，第四个效果如何大概这四个方面向各位汇报一下。
那么我们是大连化学物理研究所，中科院104个所之一，我们所发展战略很多，简单说就是率先建成世界一流研究所，那么我们先后培养了18名院士，现在所里还有14名院士，包括燃料电池领域唯一的院士衣宝廉院士，我们还有洁净能源实验室正在筹建当中。
我们中心叫醇类燃料电池即复合电能源研究中心，这个中心定位是围绕能量高效转化全链条研究开发。经过十几年的努力，形成了一点点成就。应用成果方面，是在国内首次完成了直接甲醇燃料电池型谱系列，这在国内是第一次，而且这是个型谱，不是一个型号，有25W的，50W的，有200W的一系列的。我们首次完成升高温度的型谱系列如0.5KW、2KW、3KW，有关部门要求我们成系列成建制地取代现有的汽油柴油发电机。我们也首次完成了国内锌空系列，这个不多谈了。最近我们也承担了国内首套的光伏燃料，这个是一个颠覆性技术，还是投了不少钱的。如果成功的话，未来的燃料电池，不单纯是甲醇乙醇甚至汽油柴油可燃冰都可以用的，这个也还是蛮大的。我们在国内也是率先在四川雅安地震的时候拿出一百套给国内的包括军方的20几个单位试用。最近中央13台报道的海底一万多米深的电池也是我们做的，海水电池，当然了中国军方的多次演习，其中朱日和这些比较大的，我们成系列成建制一个排一个连的投放一些电池在里头，像这些还有很多，限于时间就不多说了。学术成就呢，跟各位同仁比起来呢就不好讲了，我们论文大概260多篇，但有一个好处，natura、science没有，但是引次数比较多，超过10000多次，我们专利申请460件，授权131件，国际上授权11件。标准的有国标，国军标，共制定了13项，还有著作，我们先后获得了国家自然科学二等奖，国防奖，省部级以上的七项。
这是我们团队的文化，以人为本、协作共赢，我们的价值定位是面向国家战略需求，以型号产品为目标，实现不可替代。目前团队68人，衣老师是我们的技术顾问，我们两个下面有5个组，他们是分不同方向来做。整个团队从专业结构，从各个方面我们认为还是比较合理的一支团队，明年会达到80到100人。我是01年回来加入衣老师团队，一想快要18年了，我们18年大概做了两件事。一件事是液态燃料电池，另外一件事是固体燃料做燃料电池。我们开始的时候是直接燃料电池，经过几年的努力我们09年电池开始试用，现在已经正式列装，而且在我们中科军联那边，等会还会介绍，产业化了。那么我们考虑燃料电池发展。第二种在醇类，我叫提高温度，我们不敢叫高温，一提高温韩老师要打仗了，这是他们的地盘，而且我们的温度也没那么高，高温呢指600度700度800度，我们这个呢也就一百五二百这样，后来想了半天呢这次词怎么说，英文还好讲，中文也不好说，高温中温低温也不好界定，就叫提高温度吧，这是一类，最近这一类光谱燃料加进来发电，希望实现燃料电池的梦想。第二类就是金属空气燃料，固体燃料镁铝锌做燃料，我们镁电池汶川地震已经用了，深海也用了；我们的锌空电池，是国家的一个重点项目，在境外做中继站，现在也是型谱了。我们的铝电池现在进展很好，在广东的茂名做基站电源，正在示范运行，今天我讲这么多东西就不一一介绍了，我重点讲一下升高温度燃料电池
回到这里来，咱们在座的同行都知道，甲醇燃料电池是热点，跟氢氧其实是一样的。那么我们电极反应跟电池不一样，化学能直接变为电能，好处一大堆就不说了，但他有个特点，工作方式跟我们现有的汽油柴油发电机基本相同，只要是你保持不断的提供燃料他就能持续稳定的供电，这个我们不多说了。燃料电池1839年提出来以后搞了这么多岁数，一直还没有真正在国际上大规模商业化，其实仔细想一下很艰难的，它这个链条特别长，我们这个锂电池啊，在座也有做锂电池的，锂电池四大材料正极材料负极材料隔膜材料电解液，这个组装以后就是电池了。但是燃料电池不行，燃料电池从纳米催化剂，做完之后电解质膜，做完之后又双极板，又电堆等等，产业链条非常长，但也有好处，如果产业化这个买卖就是大买卖了，因为产业链特别长。从科学上问题很多，什么多尺度多相流，强酸强碱强电场的条件下非常之难的，再加上质热水电平衡管理，频繁启停，杂质污染，非常艰难。我们中心坚持基础研究、工程开发，有机结合，我们是并重，后来想并重还不好，一定要真正做成有机的，一起的来开发，这么多年来坚持这个理念。我们基础研究这一块今天时间关系不多说了，今天上午衣宝廉院士讲得很详细，从催化剂啊电解质膜啊MEA啊电堆啊，很多，这是从科学研究这一块。
今天我想重点从产业开发工程开发这一块，我们坚持的是全链条，从燃料开始，当然这个燃料不光是甲醇，还有乙醇二甲磷等等等等，包括未来汽油柴油包括可燃冰，给它填满。咱们的链条一直到电池退役后产品报废回收，我们是从这样来开发的，从关键材料核心部件系统集成过程控制全链条创新，我们专利有400多件，授权131件，我们所专利授权率是很高的，大概在50%。我这个东西很幸运，我们的授权率是85%，还高，那么除此之外我们有完整的工艺包跟质量控制文件，也向大家汇报一下，我们到了总参那边去，那个叫质量控制嘛，我们的质量控制文件几千页，将军都很惊讶。我很不谦虚地告诉他，我们这个团队最低也是硕士，你们军事集团人才还达不到这个程度。全链条开发这个规范就不用说了，直接甲醇我们做了大量工作，我们每年有很多节点，我想说的就是，我们跟国际上的公司的军用电源比起来，我们几年前也就是09年的时候就已经达到指标了，我们还是在世界前列的，现在有很多性能指标我们在国际上还是排在前列，我们的技术成熟度已经达到8了。大家知道一般研究所或高校成熟度达到6就可以往外推了，我们这个是做到8了，冲击振动腐蚀，进行测试的时候，下面一个职工说，孙老师啊，各种角度往下砸啊，每砸下去都在那抖啊。我说做工程试验就是这个样子的啊。我们这个进口的小风扇，在进行振动的时候，叶片都被干断了。这些问题不解决，工程上是没有办法用的，这一方面我们做得还不错。当然无人机这块我们也在做，这个是中科军联接手，他们也在做产业化的一些工作。
今天要重点介绍的是提高温度。温度提高多少呢，燃料电池大家都知道工作温度也就80-100度，我们的目的是提到160到180，200度左右吧。这点多说两句，我们很多人是学化学的，化学不符合这个反应的，大概有80%以上，符合这个反映的呢，温度每提高十度，动力学反应速率通常提高2到4倍。那我们提高100度的话，那么可想而知这个动力学反应速率大幅提升。另外一个，当温度超过150度了，我们燃料电池通常讲的CO毒化啊国际难题啊，已经是非常非常轻了。做燃料电池的人都知道，提高温度好啊，但关键就卡在这道膜上，这个膜依然是用的杜邦的，当然我们国内也有，东岳啊也都在做，但是整个来看工作温度也就80到100度，60到80度这样的情况。这些年来我们经过20年的奋斗，幸运的把这个膜有了突破，能量转换效率就提高了，那么这件事呢我们依然是全链条的，今天我就重点汇报下这件事。那么我们目标是把他用作电动车的动力电源，因为现在这方面比较热。这个电动车这件事其实也不用我多说，这个全世界都知道，尤其在中国，热点的热点。我想这个事的来源呢，一个是能源安全，最近我查了我们国家石油对外依存已经超过了70%，另外就是环境污染，尽管这些年国家大力抓，尤其是大同，听了很振奋。这个环境污染已经是做了很多的工作，取得了很多的成就，但是从全国来看形势依然是很严峻。另外我们从国家角度来看，一个是节能，一个减排，这个是我们的基本国策。还有一件事，我们在网上看到，各国纷纷出台燃油车禁止时间表，那么这样看电动车就非常重要了，车里面核心的东西就是动力电源，我们国家早就在搞了嘛，到了万钢做部长的时候搞三横三纵。不管怎么说，动力电源事关重要，国家政策01年的时候就开始夹杂了，全国的这个政策非常多，做燃料电池呢全国人也很多，我个人感觉张主任在这儿，我觉得从技术上成熟度是越来越高，商业化进程越来越快，从市场的角度应该是氢氧燃料电池为主，主要还是电动车尤其是大巴车这么一个态势。但我个人认为，甲醇燃料电池包括液体燃料电池可能是一个后起之秀。从资本来看，最近不到两年时间，投资已经超过一千个亿，诞生的企业近千家，昨天（年会）说一千多家，有人说四千多家，但没有这么多，我知道是接近一千家。所以财政上很快，但这个产业链条还是不完整的，还有很多工作要干，最近发展态势如何就不用说了，这是市场情况有一千多家。有一点很重要要说一下，01年我从美国回来的时候带了个甲醇燃料电池电源，如果真要用作电源尤其是动力电源，一定要考虑3个E，除了考虑它的效率、环境，还要考虑它的经济性。在我们的液态阳光计划里面，把这么多能源统一来作比较，有4个维度，制备，物流，存储，应用，结果来看呢，甲醇乙醇在3ES的优势非常明显。这里面就是涉及到整个能量转化效率。
作为电动车来看用甲醇燃料电池再加上锂电池的混合动力也是优势非常明显的，那么我们氢燃料电池这件事历史起落大家都知道，我想最近这些年从两方面的影响加速，一方面是氢能经济，大家一讲这氢能经济，perfect，从水溜回来一个圈回来又是水，又干净又好。现在面临一个问题，氢的制备这一块问题不大，国内张家港啊烟台那一带，上万吨的，主要是净化问题还有加氢等等啊，制备不是主要的但存储是个问题，目前氢气瓶也好储氢材料也好等等的，还有一个基础设施加氢站的问题，确实存在的一些问题，那么有人提出来了，如果我不从那走，把那个氢换成甲醇，氢气能做的事它都能做，比如说化工品，做成动力电源包括燃烧都可以做，问题是产生二氧化碳，关键是二氧化碳如果再回来的话那不就构成一个圈了吗，这就是甲醇经济，也叫液态阳光计划。当然从这一步回来可能还要相当长一段时间。但是目前甲醇做这三大件事，这是无疑的。我想现在有很多人对这个东西越来越重视，从上头领导人包括产业链，这个实际上液态燃料计划暂且不谈它，早在多年，诺贝尔奖获得者欧拉就提出了甲醇经济基本想法，这个好处是什么呢，甲醇液态燃料它的存储问题啊，它的物流问题啊，能够解决一系列的问题，当然难度也很大。简单的说一下，这个我们做这个电动车现在看来优势还是蛮明显的，三横三纵在这秀一下，我想我们做这件事跟汽油比吧，现在汽油百公里是七十八十块钱，我们大概不到20块钱，从排放来讲汽油柴油的碳多嘛，甲醇是一个碳，排放率大幅度降低，大概是燃油的百分二三十，另外跟锂电池比我们这个 不需要充电桩，续航里程60公斤甲醇能有600到800公里，液态嘛，有枪有罐就可以了，跟氢比也有一定的优势，至少我们不需要氢瓶啊不需要加氢站啊等等的优势很多，这个就不展开谈，当然电动车这一块氢氧是非常好的，现在非常在意发展氢的，这是我们自己的数据，原来他们找了个学校去看，这是我们自己的实验数据，时间越长他的比功率就越高，大概就这么个思想。除此之外还要比较一下百公里，除了百公里的油耗的成本之外，我们考虑二氧化碳的污染问题，大家最关心的问题，甲醇有毒啊会瞎眼睛，其实不是这样的。我从美国回来的时候我们领导说过，一瓶甲醇一瓶汽油摆在这两人喝看谁先死，当然这是玩笑话。这个是美国能源部的（报告），从安全角度比较，一看它是非常非常好的，在这里我要给甲醇做出证明，没那么严重，也没那么可怕。
我们的最大特点是这个膜，高温膜，经过二十多年的开发我们做成了，现在我们最核心的MEA性能跟国际上一些大公司比，我们已经遥遥领先。有了这个东西，我们做电动车就好做了。不仅如此，我们开发出了全自动化生产线 ，应该是国内我们自己搞的第一套，这个电堆第一条生产线还是蛮好的，还希望各位去参观一下。标准就不用说了，这些经济性啊，供应链啊，生命周期，成本分析啊，我们要搞产业，这些东西是必要的，没有这些东西，只是说好啊好啊，我这东西还行啊，我是行业老大啊，一旦赔钱，最后企业是要骂咱们的是吧。这个经济就不用说了，我们策略就是三链融合，技术链，资本链，产业链，五位一体国际化运作，考虑地点当然珠三角、长三角和渤海的这几个地方，华中昨天潘老师说了，潘老师是一面大旗高高飘扬的，咱们还是合作达成一些想法，整个这一块他的应用，有军用口的有民用口的很多，当然这个细分市场我没有做，市场是一个巨大的市场，当然我们想要做的办法呢，这个技术不仅是我们化物所，我们也考虑全国其他的，通过这个技术形成一个实体，引进一些资本的在里头，包括政府的，最后我们做一个产业集群，包括能源装备在里面，这个集群是很庞大的。
其他的我讲的不用多说了，我们化物所的合作模式很多，各种模式都可以做，只要是大家能为国家做事情都可以，定价依据、产业构成分析，包括这些敏感性分析，至少有一条通过这些分析看出来这种电池抗风险能力还是非常大的，这是五年目标拓展计划发展前景风险规避，我们路线图还是很震撼人心的，也希望能给国家做贡献，最后谢谢大家。
玖牛研究院 汽车团队